Ni–Cr–Al metal-foam-supported catalysts for steam methane reforming (SMR) are manufactured by applying a catalytic Ni/Al2O3 sol–gel coating to powder alloyed metallic foam. The structure, microstructure, mechanical stability, and hydrogen yield efficiency of the obtained catalysts are evaluated. The structural and microstructural characteristics show that the catalyst is well coated on the open-pore Ni–Cr–Al foam without cracks or spallation. The measured compressive yield strengths are 2–3 MPa at room temperature and 1.5–2.2 MPa at 750oC regardless of sample size. The specimens exhibit a weight loss of up to 9–10% at elevated temperature owing to the spallation of the Ni/Al2O3 catalyst. However, the metal-foam-supported catalyst appears to have higher mechanical stability than ceramic pellet catalysts. In SMR simulations tests, a methane conversion ratio of up to 96% is obtained with a high hydrogen yield efficiency of 82%.

본 논문은 증기이송튜브를 이용한 현장경화 보강튜브 삽입공법(Cured in placed pipe, CIPP)의 성능을 평가하기 위한 실험적 연구이다. 연구를 위해 증기이송튜브를 이용하여 CIPP 라이너 시편 및 CIPP 라이너로 보수된 콘크리트관 실험체를 제작 하였다. CIPP 라이너 시편을 이용하여 단ㆍ장기 휨특성을 평가하였으며, 단기 휨특성 시험변수로 시점으로부터 떨어진 거리를 고려하였다. 단기 휨거동 평가결과 CIPP 라이너의 휨강도 및 휨탄성계수는 ASTM 기준에서 제시하고 있는 휨강도 및 휨탄성계수의 197%, 154% 수준으로 우수한 단기 구조 성능을 보이는 것으로 나타났다. 또한 시점부로부터 떨어진 거리와 CIPP 라이너의 단기 휨특성은 큰 상관관계가 없는 것으로 나타났다. 장기 휨거동 시험내용을 이용하여 1차원 회귀분석을 실시한 결과 50년 경과 후 CIPP 라이너의 휨 탄성계수는 초기 휨탄성계수의 87.8%로 우수한 장기 구조 성능이 나타났다. 이 후 CIPP 라이너로 보수된 콘크리트관 실험체의 외압강도시험을 실시하였다. 외압강도시험 변수로 보수 유ㆍ무 및 시점으로부터 떨어진 거리를 고려 하였다. CIPP 라이너로 보수된 콘크리트관의 외압강도는 보수되지 않은 콘크리트관에 비해 초기균열 하중은 16.8%, 최대하중은 7.7% 증가한 것으로 나타났다. 외압강도 시험결과 시점으로부터 떨어진 거리와 외압강도는 상관관계가 없는 것으로 나타났다. 이는 실험체 제작시 증기이송튜브를 이용하여 CIPP 내부 모든 구간에서 균일한 경화온도를 확보할 수 있었기 때문으로 판단된다.

본 논문은 하수관 보강 방법 중 보강튜브경화공법(CIPP)의 종점부 미경화 문제를 해결하기 위해 설계된 증기이송튜브 시스템에 대한 유동해석 결과를 보고한다. 설계된 증기이송튜브의 유동해석을 위해 SolidWorks Flow Simulation을 이용하여 해석을 수행하였다. 100mm, 150mm, 200mm의 직경을 갖는 증기이송튜브에 대한 유동 흐름 및 온도 분포가 유동을 해석을 통해 검토되었다. 해석 결과를 통해 증기이송튜브의 직경이 증가함에 따라 경화온도를 만족하는 CIPP 내부 길이가 증가하는 것이 확인되었다. 또한, 직경 200mm를 제외한 모든 직경의 증기이송튜브의 입구에서 증기 역류 현상이 나타남을 확인하였다. 이에 증기이송튜브의 최적 직경은 200mm로 결정되었으며, 이에 대한 유동해석을 통해 증기주입을 시작하고 350초 경과 이후에 CIPP 내 모든 길이에서 경화온도를 만족하는 것을 확인하였다.

The purpose of this study was to explore if, what kinds of, how much computational thinking (CT after this) practices could be included in STEAM programs, and what kinds of CT practices could be improved to make STEAM revitalized. The CT analyzing tool with operational definitions and its examples in science education was modified and employed for 5 science-focused and 5 engineering-focused STEAM programs. There was no discerning pattern of CT practices uses between science and engineering STEAM programs but CT practices were displayed depending on their topics. The patterns of CT practices uses from each STEAM program could be used to describe what CT practices were more explored, weakly exposed, or missing. On the basis of these prescription of CT practices from each STEAM program, the researchers could develop the weakly exposed or missing CT practices to be improved for the rich experience in CT practices during STEAM programs.

This study was conducted to develop a high-moisture food waste dryer that uses steam as a direct heat source to improve the drying speed. Another objective was to verify its performance through experiments. A dryer with a drying capacity of 10,000 kg/hr, which uses steam from an incineration plant as a drying heat source, was fabricated. The performance and applicability of the dryer were verified through drying experiments, in which the food waste collected from large restaurants near the incineration plant was used as the experimental material. The drying experiment results showed that the input steam temperature increased by 21℃ from approximately 145℃ to 166℃ compared to the case in which drying was performed by converting steam into heated air. The drying speed increased by 1.5 times from approximately 0.63 to 0.94 %/hr, and drying up to approximately 20%(wb) moisture content was possible. The drying energy rate, which represents the ratio of the energy consumed for drying to the input energy, increased by approximately ten times from 7.17% to 70.87%. The total drying time still remained approximately 100 hr due to the re-condensation of moisture. When steam was directly used as a drying heat source to improve the drying speed of food waste containing high moisture, the drying speed, water content after drying, and drying energy rate were clearly improved compared to the case in which steam was converted into heated air for use. Therefore, it was deemed necessary to develop a dryer that directly uses steam from an incineration plant for drying. To shorten the total drying time, it is necessary to develop a device that solves the problem of moisture condensation in the dryer.

이 연구의 목적은 중학생을 위한 시스템 사고 향상에 적합한 사전 교육 및 STEAM 교육 프로그램을 개발하고 중학생에게 적용하여 프로그램의 효과를 분석하는 것이다. 이 연구는 중학생을 대상으로 시스템 사고에 대한 사전 교육 프로그램과 시스템 사고를 향상시키기 위한 STEAM 교육 프로그램을 개발하는 것이다. 개발된 프로그램은 경상북도에 위치한 소규모 중학교 1학년 4명, 3학년 4명을 대상으로 투입하여 효과를 분석하였다. 시스템 사고의 분석은 Hung(2008)에 의해 개발된 루브릭이 활용되었다. 학생들의 시스템 사고에 대한 신뢰도와 루브릭의 타당도를 확인하기 위해 전문가들이 연구 결과를 검토하였다. 시스템 사고의 효과를 확인하기 위해 루브릭, 시스템 사고에 대한 학생들의 인지, 단어 간 관계 분석, 인과 지도의 검사를 체계적으로 적용하였다. 연구 결과를 정리하면 다음과 같다. 첫째, 시스템 사고 사전 교육 프로그램과 교사용 지도서를 개발하였다. 이는 학생의 시스템 사고에 대한 개념과 인과 지도 작성법에 대한 기초 지식을 학습시키기 위한 것이다. 개발된 사전 교육 프로그램은 ‘지구 온난화’를 주제로 한 무한도전이라는 친숙한 예능 프로그램을 이용하여 인과 지도 작성 방법을 학습하도록 구성되었다. 사전 교육프로그램은 대상 학생들이 친숙하게 접근할 수 있도록 지구 온난화를 주제로 한 예능 프로그램을 기반으로 하였으며, 이를 통해 인과 지도 작성 방법을 학습할 수 있도록 구성하였다. 효과성 검사를 적용한 결과, 학생들의 시스템 사고 향상을 위한 사전 교육 프로그램은 효과적인 것으로 분석되었다. 둘째, ‘분석-설계-제작-평가-시스템 사고’의 5단계로 구성된 ADBAS 모형을 적용하여 ‘공기 소화기’ 주제의 시스템 사고 기반 STEAM 교육 프로그램을 개발하였다. 개발된 프로그램은 시스템의 이해 능력, 시스템 내 관계 파악 능력, 시스템 일반화 능력에 긍정적인 효과가 있는 것으로 나타났다. 이 연구를 통해 개발된 사전교육 프로그램 및 STEAM 교육 프로그램은 학생의 시스템 사고 향상을 돕는데 적합하며, 시스템 사고와 STEAM 교육의 접목이라는 점에서 중요한 의미를 가진다. 또한 시스템 사고 향상을 위해 이 프로그램을 투입하기에 적절한 것으로 판단되어 ‘창의융합인재’를 양성하는데 기여할 것이다. 또한 시스템 사고 향상을 위한 위 프로그램의 적절한 투입은 창의융합형 인재를 양성하는 교육 목표를 달성하는 데 있어 기여를 할 것으로 판단된다.

Temperature distribution studies were performed in steam-air retort to investigate the influence of various processing conditions (come-up time, sterilization temperature, and internal pressure throughout the steam-air retort). Retort temperature data were analyzed for temperature deviations during holding phase, maximum temperature difference between test locations at the beginning and after 1, 3, and 5 min of the holding phase, and box-and-whiskers plots for each location during the holding phase. The results showed that high sterilization temperature led to a more uniform temperature distribution than low sterilization temperature (pasteurization). In pasteurization condition, the temperature stability was slightly increased by increasing pressure during the holding phase. On the other hand, the temperature stability was slightly decreased in high sterilization temperature condition. Programming of the comeup phase did not affect the temperature uniformity. In addition, the slowest cold spot was found at the bottom floor during the holding phase in all conditions. This study determined that the temperature distribution is affected by retort processing conditions, but the steam-air retort needs more validation tests for temperature stability.

Recently, automobile washing methods have been carried out using steam of high temperature and high pressure instead of water. Therefore, it is necessary to secure the structural stability of the steam tank. In this study, it is necessary to reduce the weight of the steam tank by reducing the thickness of the existing steam tank by about 25%. The safety of the product design was verified through simulation to ensure the robustness of the product by securing the structural stability and fatigue analysis at high temperature and pressure of the steam tank according to the weight reduction. For newly developed products compared to existing models.